¿Cuáles son los distintos tipos de sistemas de pórtico para impresión 3D?

Ventajas e inconvenientes de sus soluciones.

1. Cabeza cartesiana-XY

Un sistema de pórtico cartesiano-cabezal XY es un tipo de sistema de control de movimiento utilizado habitualmente en impresoras 3D (y en una amplia variedad de otras clases de máquinas CNC). Este enfoque de construcción mueve el cabezal de impresión o el extrusor a lo largo del eje X del pórtico y mueve el eje Y moviendo todo el pórtico. Esto puede implicar mover una gran masa en el eje Y y puede dar lugar a un mayor riesgo de vibraciones de la máquina, especialmente durante maniobras de alta aceleración.

En un sistema de pórtico de este tipo, el lecho de impresión está fijo y el cabezal de impresión o el extrusor se mueven a lo largo de dos ejes perpendiculares, que suelen funcionar sobre ejes rectificados con cojinetes lineales de bolas recirculantes. Las versiones más caras suelen utilizar como guías raíles en V con rodamientos de rodillos estriados en V externamente, lo que reduce el desgaste de los rodamientos. El eje X suele definirse como transversal a la máquina, mientras que el eje Y se orienta hacia atrás/adelante en relación con el dispositivo. El eje Z posiciona la altura vertical del cabezal de impresión o del extrusor y se transporta sobre el movimiento X del pórtico.

Los sistemas de pórtico cartesiano-XY son sencillos y fáciles de construir y manejar. También proporcionan una buena precisión y repetibilidad, permitiendo un posicionamiento de alta precisión del cabezal de impresión. Sin embargo, tienen limitaciones en términos de velocidad y aceleración y pueden carecer de rigidez en algunos aspectos.

2. Ultimaker Estilo Cruzado

El sistema de pórtico cruzado estilo Ultimaker es una estructura mecánica y un sistema de movimiento de ejes menos utilizado en la impresión 3D. Cuenta con dos pórticos paralelos que posicionan el cabezal de impresión o extrusor a lo largo de los ejes X e Y. Los pórticos están conectados por un travesaño, cuyo objetivo es estabilizar el movimiento a lo largo de ambos ejes compartiendo la rigidez. El movimiento del eje Z se realiza normalmente en estos dos ejes, en lugar de delegarse a una cama de impresión que sube y baja.

En este sistema, la base de impresión suele ser fija y estable. El cabezal de impresión o el extrusor se mueven a lo largo de los ejes X e Y. Se accionan mediante motores paso a paso que transmiten el movimiento al cabezal de impresión. Se accionan mediante motores paso a paso que transmiten el movimiento a través de correas dentadas. Los dos pórticos pueden moverse simultáneamente. Esto permite una curvatura suave y un movimiento sin sacudidas entre las operaciones de impresión, ya que se minimizan los cambios de dirección repentinos. El sistema también ofrece una buena estabilidad durante la impresión, lo que redunda en beneficio de la calidad de los resultados impresos.

Este enfoque de diseño es más complejo y requiere más esfuerzo de configuración y calibración que los diseños más sencillos. Esto se debe especialmente a que las transmisiones por correa requieren una alineación muy buena para garantizar un movimiento preciso y repetible. Algunos usuarios también señalan la dificultad de acceder al lecho de impresión para realizar ajustes durante la impresión, ya que los dos pórticos pueden bloquear el acceso a veces durante la impresión.

3. CoreXY

Un sistema de pórtico CoreXY es una estructura utilizada en el diseño de impresoras 3D que cuenta con motores paso a paso estacionarios para accionar los ejes X e Y. Esto reduce la masa en movimiento en el pórtico durante los movimientos del eje Y, ya que el accionamiento del eje Y permanece fijo en su lugar. Esto permite una mayor aceleración y movimientos más precisos del cabezal de impresión, proporcionando resultados impresos de mayor calidad.

El sistema CoreXY funciona mediante una serie de poleas y correas de recirculación (bucle) dispuestas de forma que las correas de accionamiento se cruzan entre sí en el núcleo o centro del sistema. El accionamiento de las correas dentadas mueve el cabezal de impresión en las direcciones X e Y con menor inercia.

Mover menos masa permite una estructura de pórtico más ligera. Hay menos masa móvil que resistir en momentos de alta aceleración. Este enfoque es más sensible a la tensión de la correa y al estado del carro que otros sistemas y puede ser complejo de configurar y calibrar. La capacidad de aceleración se considera una ventaja suficiente para compensar los problemas de configuración, por lo que este sistema es popular entre algunos usuarios de la categoría más avanzada.

4. cabezal cartesiano-XZ de estilo i3

El cabezal cartesiano-XZ de estilo i3 se utiliza mucho en el diseño de impresoras 3D. En este enfoque, la propia plataforma de impresión se eleva y desciende (movimiento del eje Z), mientras que el cabezal de impresión se transporta por separado en el pórtico para los ejes X e Y. El extrusor está montado en un carro que se desplaza a lo largo de los ejes X e Y sobre ejes rectificados de precisión, utilizando casquillos de recirculación de bolas. En las máquinas de mayor tamaño y precio, los raíles pueden tener forma de V, con rodamientos de rodillos que se desplazan sobre estos raíles.

Este diseño es sencillo y fácil de construir, por lo que es una opción popular para las impresoras 3D domésticas y de aficionados. Proporciona una buena exactitud y precisión en máquinas más pequeñas, pero en general, requiere moderación en la aceleración y los cambios de dirección debido a la relativamente baja rigidez y alta inercia.

El principal inconveniente de este diseño es que puede resultar muy difícil mantener un lecho nivelado y lograr espesores de capa uniformes. La escasa rigidez, en comparación con otros diseños de impresoras 3D de mayor precio, puede tener efectos muy significativos a velocidades/aceleraciones de eje más elevadas.

5. H-Bot

El H-bot es un sistema de pórtico empleado en algunas impresoras 3D. Utiliza transmisiones por correa y raíles lineales en una disposición que, de forma similar al sistema CoreXY, tiene motores estacionarios para accionar los ejes X e Y.

Las dos correas para X e Y forman una "H" Una correa está unida al cabezal de impresión y se mueve a lo largo del eje Y. La otra correa está fijada al otro extremo del pórtico y se desplaza a lo largo del eje X. El cabezal de impresión se desplaza por los raíles de los dos ejes principales mediante un accionamiento Z.

La disposición del robot en H puede ser más estable y rígida que otros diseños de impresoras 3D, lo que proporciona resultados impresos de mayor calidad. Los motores estacionarios reducen la inercia del sistema, permitiendo mayores aceleraciones y requiriendo menos rigidez para una buena estabilidad.

El diseño del robot H es complicado de configurar y difícil de calibrar y, según los informes, requiere más mantenimiento. Cualquier ligera holgura que se produzca en las correas alterará significativamente la precisión X-Y, lo que supone un problema especial en el mantenimiento, ya que las correas pueden estirarse. Sin embargo, si se mantiene correctamente, el robot en H es un sistema de pórtico eficaz capaz de ofrecer alta calidad y alta velocidad.